Systemarchitekturen aus dem Baukasten

20.1.2020

Das Fraunhofer IZM bereitet den Weg für neuartige Systemarchitekturen auf der Grundlage von Chiplets.

© Fraunhofer IZM
3D-Modul mit TSV-Interposer und mittels FlipChip-aufgebauten Elektronikkomponenten als Vorstufe für die Chiplet-Technologie.
© Fraunhofer IZM
Hochdichte Verdrahtungsträger für Chiplets benötigen Fertigungstechniken, die ähnlich der Halbleiterfertigung sind.
Weitere Informationen gibt es im Blog RealIZM: Dr. Michael Töpper erklärt die Möglichkeiten und Herausforderungen der Chiplet- Technologie.

Mit fortschreitender Miniaturisierung stößt auch das Moore’sche Gesetz irgendwann an seine Grenzen: Bereits jetzt wird im 7nm-Bereich produziert und der Sprung auf den 5nm-Bereich steht kurz bevor. Mit herkömmlichen Systemarchitekturen sind die Entwicklungskosten von Chips dieser Größenordnung wirtschaftlich kaum noch tragbar. Weitere Leistungssteigerungen erfordern perspektivisch einen Wechsel zu modularen Chiparchitekturen, wie Moore selbst ihn bereits 1965 vorausahnte. Ein vielversprechender Ansatz für so ein »Baukastensystem« sind sogenannte Chiplets. 

Die Chiplet-Technologie

Chiplets sind integrierbare Einzelkomponenten, mit denen sich verschiedenste IPs modular kombinieren lassen. Dieses Prinzip ermöglicht den Rückgriff auf bereits bestehende Strukturen, sodass nur noch wenige Teile – z. B. solche im Sub-7nm-Bereich – neu entworfen werden müssen. Dies minimiert die Entwicklungskosten für neue leistungsfähigere Chips und steigert zudem deren Energie- und Raumeffizienz. Mit diesem Ansatz können auch analoge oder III-/V-Bauelemente eines ICs, kombiniert mit neu entworfenen Funktionen, auf einem Chip zusammengefügt werden – eine ideale Grundlage für die Heterointegration.

Perspektiven und Herausforderungen 

Das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM entwickelt sowohl hochdichte 3D-Verdrahtungssysteme auf Silizium und organischen Substraten als auch Bestückungstechnologien, um die Möglichkeiten der Chiplet-Technologie weiter auszuloten. Ferner beschäftigen sich die Forschenden am Fraunhofer IZM mit Fragen der Zuverlässigkeit und der Optimierung von Verlustleistungen, die insbesondere für Anwendungen wie das autonome Fahren von zentraler Bedeutung sind.

Weitere Informationen gibt es im Blog RealIZM: Dr. Michael Töpper erklärt die Möglichkeiten und Herausforderungen der Chiplet-Technologie.